Hoàn nguyên oxít sắt (Fe2O3) bằng khí CO hoặc H2 xảy ra qua 3 giai đoạn như sau:
1 2 3
2 3 3 4
Fe O GD Fe O GD F Oe GD Fe
Phản ứng hóa học, nhiệt độ hoàn nguyên, năng lượng tự do của phản ứng và tỷ lệ CO/CO2 hoặc H2/H2O trong khí đưuọc cho dưới dạng bảng (Bảng 3.5) để tham khảo.
31
Hình 2.8. Giản đồ cân bằng Fe-C-O.
Bằng cách sử dụng tỷ lệ khí cân bằng ở những nhiệt độ khác nhau, xây dựng được giản đồ pha Fe-O-C và Fe-O-H biểu thị trên hình 3.8 và 3.9. Đường cong giản đồ pha chia thành các vùng cho thấy pha rắn ổn định trong các vùng biên. Dọc theo mỗi đường cong, các vùng liền kề 2 pha rắn nằm liền kề cân bằng với nhau và pha khí ở nhiệt độ trên trục X. Thành phần pha khí được biểu thị trên trục Y.
Bảng 2.5. Các phản ứng hoàn nguyên ô-xýt s t.
Như đã biết, Vu-tít không ổn định ở nhiệt độ dưới 570oC, Ma-nhê-tít và sắt duy trì cân bằng theo phương trình:
Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2 (3.6) Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O (3.7)
Đường cân bằng CO/CO2 (Phản ứng Boudouard) ở phía trên trên giản đồ Fe-C-O (Hình 2.8) cho thấy sự ổn định cả CO2 trong vùng phía bên trái đường thẳng trong khi đường ổn định của CO nằm ở bên phải đường thẳng. Do đó, khi ở nhiệt độ thấp, khí CO có xu hướng bị phân hủy thành C và CO2. Đây là phản ứng Các-bon hóa, cần thiết trong
32
một số quá trình tạo mầm và xảy ra chậm trong tự nhiên. Các hạt sắt hoàn nguyên có thể cung cấp cho quá trình tạo mầm.